电磁辐射与材料的相互作用.ppt

第二章 电磁辐射与材料的相互作用 第一节 概述 2．辐射的发射与发射光谱 3．光谱的分类 二、辐射的散射 1.分子散射 2．晶体中的电子散射 三、光电离 一、X射线的产生与X射线谱 一、X射线的产生与X射线谱 2．连续X射线谱 3．特征X射线谱 3．特征X射线谱 特征X射线的产生机理 特征X射线的产生机理 以K层产生空位为例 莫色莱定律 小结 二、X射线与物质的相互作用 三、X射线的防护 产生K激发的能量为WK＝hυK，阴极电子的能量必须满足eV≥WK＝hυK，才能产生K激发。其临界值为eVK＝WK ，VK称之临界激发电压。 处于激发状态的原子有自发回到稳定状态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量的降低。原子从高能态变成低能态时，多出的能量以X射线形式辐射出来。 因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能量差一定，故辐射出的特征X射波长一定。 当一个外来电子将K层的一个电子击出成为自由电子（二次电子），这时原子就处于高能的不稳定状态，必然自发地向稳态过渡。 此时位于较外层较高能量的L层电子可以跃迁到K层。这个能量差 ΔE=EL-EK=hν 将以电磁波的形式放射出去，其波长 λ＝h/ΔE 必然是个仅仅取决于原子序数的常数。 Ka l = 0.154nm DE = 1.29 ? 10-15J Kb l = 0.139nm DE = 0.15 ?10-15J La l = 1.336nm DE = 1.43 ?10-15J where K = 1s2 level L = 2s2p6 level M = 2s2p6d10 level Copper铜 K L M L?K，产生K? M?K，产生K? 特征X射线 若K层产生空位，其外层电子向K层跃迁产生的X射线统称为K系特征辐射，其中由L层或M层或更外层电子跃迁产生的K系特征辐射分别顺序称为Kα，Kβ，…射线； K系特征辐射 若L层产生空位，其外M，N，…层电子向其跃迁产生的谱线分别顺序称为Lα，Lβ，…射线，并统称为L系特征辐射． L系特征辐射 M系等依次类推 跃迁定则(光谱选律) 1， △n=0或任意正整数； 2， △ L= ? 1跃迁只允许在S项和P项， P项和S项或D项之间，D项和P项 或F项之间，等； 3， △ S=0，即单重项只能跃迁到单重项，三重项只能跃迁到三重项，等； 4， △ J=0， ? 1。但当J=0时J=0的跃迁是禁阻的。 ? n=1,2,3，?线系, ?线系, ? 线系； L→K层K?； K?1 、 K?2 M→K层K? ； K?1 、 K?2 N→K层K? ； K? 1 、 K? 2 M→ L 层L? ； L?1 、 L?2 N→L层L ? ； L ?1 、 L ?2 N→M层M?； M?1 、 M?2 特征（标识）X射线产生的根本原因是原子内层电子的跃迁。 （1）不同Z，有不同特征X射线，Kα、Kβ也不同。 （2）若V低于激发电压Vk，则无Kα、Kβ产生。 靶材料 特征X射线波长 元素 序数 K? K? Cr 24 2.2907 2.0849 Fe 26 1.9373 1.7566 Ni 28 1.6592 1.5001 Cu 29 1.5418 1.3922 Mo 42 0.7107 0.6323 W 74 0.2106 0.1844　　 特征X射线波长与靶材料原子序数有关 原子序数越大，核对内层电子引力上升，?下降 特征X射线谱的频率（或波长）只与阳极靶物质的原子结构有关，而与其他外界因素无关，是物质的固有特性。1913～1914年莫色莱发现物质发出的特征谱波长与它本身的原子序数间存在以下关系： 根据莫色莱定律，将实验结果所得到的未知元素的特征X射线谱线波长，与已知的元素波长相比较，可以确定它是何元素。它是X射线光谱分析的基本依据 衍射分析采用 是衍射分析的背底; 是医学采用的 仅在特定波长处有特别强的强度峰 谱图特征:强度随波长连续变化 高能级电子回跳到低能级多余能量转换成电磁波 特征谱 (硬X射线) 高速运动的粒子能量转换成电磁波 连续谱 (软X射线) X射线与物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程。 一束X射线通过物体后，其强度将被衰减，它是被散射和吸收的结果，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。 * * 第一节 概述 第二节